暖通空调专业精讲空调风管系统设计

通风空调

TONGFENGKONGTIAO单元8空调风管系统设计目录风管设计的基本知识风管设计的基本任务风管设计计算的方法与步骤8.18.28.3空调系统风管内的压力分布8.48.58.6空调系统风管内的空气流速风管系统的安装8.1风管设计的基本知识风管布置与工艺、土建、电气、给排水等专业相互配合、协调一致。应考虑使用的灵活性。当系统服务于多个房间时，可根据房间的用途分组，设置各个支风管，以便调节；应根据工艺和气流组织的要求，可采用架空明敷设，也可暗敷于地板下、内墙或顶棚中；应力求顺直，避免复杂的局部管件。弯头、三通等管件应安排得当，管件与风管的连接、支管与干管的连接要合理，以减少阻力和噪声；风管上应设置必要的调节和测量装置（如阀门、压力表、温度计、风量测定孔、采样孔等）或预留安装测量装置的接口。调节和测量装置应设在便于操作和观察的地方；应最大限度地满足工艺需要，并且不妨碍生产操作；应在满足气流组织要求的基础上，达到美观，实用的原则。8.1.1风管的布置原则薄钢板普通薄钢板镀锌薄钢板硬聚氯乙烯塑料板玻璃钢板胶合板铝板砖及混凝土塑料软管、金属软管、橡胶软管8.1.2风管材料选择是空调系统最常用的材料，其优点是易于工业化加工制作、安装方便、能承受较高温度，且具有一定的防腐性能，适用于有净化要求的空调系统。钢板厚度一般采用0.5~1.5mm左右。对于有防腐要求的空调工程，可采用硬聚氯乙烯塑料板或玻璃钢板制作的风管。硬聚氯乙烯塑料板表面光滑、制作方便、但不耐高温，也不耐寒，在热辐射作用下容易脆裂，所以，仅限于室内应用，且流体温度不可超过-10~+60℃范围。用于与建筑、结构相配合的场合。它节省钢材，结合装饰，经久耐用，但阻力较大。在体育馆、影剧院等公共建筑和纺织厂的空调工程中，常利用建筑空间组合成送、回风管道。为了减少阻力、降低噪声，可采用降低管内流速、在风管内壁衬贴吸声材料等技术措施。需要经常移动的风管，则大多采用柔性材料制成圆形：强度大、阻力小、消耗材料少，但加工工艺比较复杂，占用空间多，布置时难以与建筑、结构配合，常用于高速送风的空调系统。矩形：风管易加工、好布置，能充分利用建筑空间。一般民用建筑空调系统送、回风管道的断面形状均以矩形为宜。表8-1矩形风管规格（单位:mm）8.1.3风管断面形状8.2风管设计的基本任务应统筹考虑经济、实用两条基本原则8.2.1风管设计原则确定风管的断面形状，选择风管的断面尺寸计算风管内的阻力损失，保证系统内达到要求的风量分配选择合适的风机型号

8.2.2风管设计的基本任务风管的阻力损失△P由沿程阻力损失△Py和局部阻力损失△Pj两部分组成△P=△Py+△Pj（Pa）沿程阻力损失△Py=Ryl(Pa)圆形风管的当量直径矩形风管ν——空气的运动粘度，标准状况下，ν=附录B-1~B-3。局部阻力损失附录B-4及大量相关手册中，都有各种管件的局部阻力系数计算表。表8-2各种材料的粗糙度风管的水力计算是在系统和设备布置、风管材料、各送、排风点的位置和风量均已确定的基础上进行的。对于低速送风系统，大多采用假定流速法和压损平均法，而高速送风系统则采用静压复得法。1、假定流速法假定流速法也称为比摩阻法。这种方法是以风管内空气流速作为控制因素，先按技术经济要求选定风管的风速，再根据风管的风量确定风管的断面尺寸和阻力。这是目前低速送风系统最常用的一种计算方法。2、压损平均法压损平均法也称为当量阻力法。这种方法以单位管长阻力损失相等为前提，在已知总作用压力的情况下，取最长的环路或阻力损失最大的环路，将总的作用压力值按干管长度平均分配给环路的各部分，再根据各部分的风量和所分配的压力损失值，确定风管的尺寸，并结合各环路间的压力损失的平衡进行调节，以保证各环路间压力损失的差值小于15％。一般建议单位长度风管的摩擦阻力损失值为0.8~1.5Pa/m。该方法适用于风机压头已定，进行分支管路压损平衡等场合。3、静压复得法由于风管分支处风量的出流，使分支前后总风量有所减少，如果分支前后主风管断面变化不大，则风速必然下降。众所周知，当流体的全压一定时，风速降低，则静压增加，利用这部分“复得”的静压来克服下一段主干管道的阻力，以确定管道尺寸，从而保持各分支前的静压都相等，这就是静压复得法。此方法适用于高速空调系统的水力计算。8.3风管设计计算的方法与步骤8.3.1风管水力计算方法

下面以假定流速法为例，来说明风管水力计算的方法步骤：1、确定空调系统风管形式，合理布置风管，并绘制风管系统轴测图，作为水力计算草图。2、在计算草图上进行管段编号，并标注管段的长度和风量。管段长度一般按两管件中心线长度计算，不扣除管件（如三通、弯头）本身的长度。3、选定系统最不利环路，一般指最远或局部阻力最大的环路。4、选择合理的空气流速，可按表8-3确定。5、根据给定风量和选定风速，确定各计算管道断面尺寸，并使其符合表8-1所列的矩形风管统一规格（或圆形风管标准管径）。然后根据选定的断面尺寸和风量，计算出风管内实际流速。矩形风管的风量：·m3/h式中a、b——分别为风管断面净宽和净高（m）。

圆形风管的风量：m3/h式中d——圆形风管内径（m）。8.3.2风管水力计算步骤

表8-3空调系统中的空空气流速（m/s）6、计算风管的沿沿程阻力损失根据风管的断面面尺寸和实际流流速，查附表B-1~B-3或有关设计手册册中求出单位长度摩擦擦阻力损失，再再根据式（8-2）及管长，求出出管段的摩擦阻阻力损失。7、计算各管段局局部阻力损失按系统中的局部部管件类型和实实际流速，查附附录B-4或有关设计手册册中“局部阻力系数计算算表”，查得局局部阻力系数的的值，再根据式式（8-5）求出局部阻力损失。。8、计算系统的总总阻力损失9、并联管路的阻阻力平衡为保证各送、排排风点达到预期期的风量，两并并联支路的阻力力必须保持平衡。空调系统两两个支路的阻力力不平衡率一般般不超过15%。如果不平衡率率超过15%，可通过调整管管径、改变风量量和调节阀门三三种手段进行调调节。10、根据输送气体体的性质、系统统总风量和总阻阻力选择风机类类型。空调系统统选用一般风机机。考虑风管、、设备漏风及阻阻力计算不精确确，阻力和风量量应考虑一定富富裕度。Pf——风机风压，Pa；Gf——风机风量，m3/h；KP——风压附加系数，，一般送排风系系统取1.1~1.15；KG——风量附加系数，，一般送排风系系统取1.1。【例8-1】某公共建筑直流流式空调系统，，如图8-1所示。风管全部部用镀锌钢板制制作，表面粗糙度度K=0.15mm。已知消声器阻阻力为50Pa，空调箱阻力为为290Pa，试确定该系统风管的的断面尺寸及所所需风机压头。。图8-1某直流式空调系系统图A.孔板送风口（600mm×600mm）；B.风量调节阀；C.消声器；D.防火调节阀；E.空调箱；F.进风格栅8.3.3风管设计计算例例题1、绘制系统轴测测图，并对各管管段进行编号，，标注管段长度度和风量，如图图8-1所示。2、选定最不利环环路，逐段计算算沿程阻力损失失和局部阻力损损失。本系统选选定管段1-2-3-4-5-6为最不利环路。。3、列出管道水力力计算表8-4，并将各管段流流量和长度按编编号顺序填入计计算表中。4、分段进行管道道水力计算，并并将结果列入计计算表8-4中。管段1-2：风量1500m3/h，管段长l=9m。沿程阻力损失计计算：由表8-3初选水平支管空空气流速为4m/s，根据式(8-6)算得风管断面面面积取矩形断面为320mm×320mm的标准风管，则则实际断面积F=0.102m2，实际流速根据流速4.08m/s，查附录B-2，得到到单位位长度度摩擦擦阻力力Ry=0.7Pa/m，则管段1-2的沿程程阻力力解：局部阻阻力损损失计计算：：该管段段存在在局部部阻力力的部部件有有孔板板送风风口、、连接接孔板板的渐渐扩管管、多多叶调调节阀、、弯头头、渐渐缩管管及直直三通通。孔板送送风口口：已已知孔孔板面面积600mm×600mm，开孔孔率（（即净净孔面面积比比）为为0.3，则孔孔板面面风速速为m/s根据面面风速速1.16m/s和开孔孔率0.3，查附附录B-4，得孔孔板局局部阻阻力系系数ζ=13，故孔孔板的的局部部阻力力渐扩管管：渐渐扩管管的扩扩张角角，，查查附录录B-4，得ζ=0.6，渐扩扩管的的局部部阻力力多叶调调节阀阀：根根据三三叶片片及全全开度度，查查附录录B-4，得ζ=0.25，多叶叶调节节阀的的局部部阻力力弯头：：根据据，，R/b=1.0,查附录录B-4，得ζ=0.23，弯头头局部部阻力力渐缩管管：渐渐缩管管的扩扩张角角，，查查附录录B-4，得ζ=0.1，渐缩缩管的的局部部阻力力直三通通管：：根据据直三三通管管的支支管断断面与与干管管断面面之比比为0.64，支管管风量量与总总风量量之比比为0.5，查附附录B-4，得ζ=0.1，则直直三通通管的的局部部阻力力该管段段局部部阻力力为=10.5+5.99+2.5+2.3+1+1.6=23.89Pa该管段段总阻阻力管段2-3：风量3000m3/h，管段段长l=5m，初选选风速速为5m/s。沿程阻阻力损损失计计算：：根据假假定流流速法法及标标准化化管径径，求求得风风管断断面尺尺寸320mm×500mm，实际际流速速为5.2m/s，查得得单位位长度度摩擦擦阻力力，，则则管段段2-3的沿程程阻力力为局部阻阻力损损失计计算：：分叉三三通：：根据据支管管断面面与总总管断断面之之比为为0.8，查附附录B-4，得ζ=0.28，则分分叉三三通管管的局局部阻阻力（取总总流流流速））该管段段总阻阻力管段3-4：风量4500m3/h，管段段长l=9m，初选选风速速为6m/s。沿程阻阻力损损失计计算：：根据假假定流流速法法及标标准化化管径径，求求得风风管断断面尺尺寸400mm×500mm，实际际流速速为6.25m/s，查得得单位位长度度摩擦擦阻力力，，则则管段段3-4的沿程程阻力力为局部阻力损失计算算：该管段存在局部阻阻力的部件有消声声器、弯头、防火火调节阀、软接头头及渐扩管。消声器：消声器的的局部阻力给定为为50Pa，即弯头：根据，，R/b=1.0,a/b=0.8，查附表8-4，得ζ=0.2，弯头的局部阻力力防火调节阀：根据据三叶片及全开度度，查附表8-4，得=0.25，风量调节阀的局局部阻力软接头：因管径不不变且很短，局部部阻力忽略不计。。渐扩管：初选风机机4-72-11No4.5A，出口断面尺寸为为315mm×360mm，故渐扩管为315mm×360mm~400mm×500mm，长度取为360mm，渐扩管的中中心角，，大大小头断面之之比为1.76，查附表8-4，得ζ=0.15，对应小头流流速渐扩管的局部部阻力该管段局部阻阻力=50.0+4.7+5.9+10.9=71.5Pa该管段总阻力力管段4-5：空调箱及其出出口渐缩管合合为一个局部部阻力考虑该管段总阻力力管段5-6：风量4500m3/h，管段长l=6m，初选风速为为6m/s。沿程阻力损失失计算：根据假定流速速法及标准化化管径，求得得风管断面尺尺寸400mm××500mm，实际流速为为6.25m/s，查得单位长长度摩擦阻力力，，则管段5-6的沿程阻力为为局部阻力损失失计算：该管段局部阻阻力部件有突突然扩大、弯弯头（两个））、渐缩管及及进风格栅。。突然扩大：新新风入口与空空调箱面积之之比取为0.2，查附录B-4，得ζ=0.64，突然扩大的的局部阻力弯头（两个））：根据，，R/b=1.0，a/b=0.8，查附录B-4，得ζ=0.20，弯头的局部部阻力渐缩管：断面面从630mm××500mm单面收缩至400mm××500mm，取α≤45°，查附录8-4，得ζ=0.1，对应小头流流速渐缩管的局部部阻力进风格栅：进进风格栅为固固定百叶格栅栅，外形尺寸寸为630mm××500mm，有效通风面面积系数为0.8，则固定百叶叶格栅有效通通风面积为0.63×0.5×0.8=0.252m2其迎风面风速速为查附录B-4，得ζ=0.9，对迎风面风风速，固定百百叶格栅的局局部阻力该管段局部阻阻力=15.1+9.4+2.36+13.5=40.36Pa该管段总阻力力5、检查并联管管路的阻力平平衡用同样方法，，进行并联管管段7-3，8-2水力计算，将将结果列入表表8-4中。管段7-3沿程阻力损失失局部阻力损失失该管段总阻力力管段8-2沿程阻力损失失局部阻力损失失该管段总阻力力检查并联管路路的阻力平衡衡：管段1-2的总阻力管段8-2的总阻力=9.9％＜15％管段1-2-3的总阻力管段7-3的总阻力结果表明，两两个并联管路路的阻力平衡衡都满足设计计要求。如果果不满足要求求的话，可以通通过调整管径径的方法达到到平衡。6、计算最不利利环路阻力=30.19+10.6+80.14+290+46.12=457.05Pa本系统所需风风机的压头应应能克服457.05Pa阻力。8.4空调系统内的的压力分布计算出各点（（断面）的全全压值、静压压值和动压值值，把他们标标出，再将各各点连线，就就可得到风管管内压力分布布图。8.4.1压力分布图的的绘制单风机系统是是指只设送风风机而不设回回风机，整个个系统内的阻阻力损失全部部由送风机来承承担的空调系系统。单风机空调系系统空调风管管内全压分布布如图8-3所示。对于单单风机系统，，要注意到零点的的位置，若系系统排风位于于回风的负压压区，则排风风不可能通过过排风阀排出，，必须单设一一轴流式排风风机，如图8-3中虚线所示。。8.4.2单风机系统压压力分布图8-3单风机空调系系统风管内压压力分布图双风机系统是是指既设有送送风机又设有有回风机的空空调系统，系系统内的阻力力损失由送风风机和回风机机共同承担。。双风机空调系系统风管内全全压分布如图图8-4所示。对于双双风机系统，，排风机必须须处于回风机机的正压段，，而新风和回回风必须处于于送风机的负负压段。如图图8-4中所示，①-②段由于回风机机的加压作用用，处于正压压区，排风可可以通过排风风阀直接排出出。而②-③段由于送风机机的抽吸作用用，处于负压压区，新风和和回风均可被被抽吸进来。。②为零位阀阀，通过该阀阀处的风压应应该为零。8.4.3双风机系统压压力分布图8-4双风机空调系系统风管内压压力分布图图8-3和图8-4所示曲线，是是根据沿程阻阻力与风管长长度呈直线关关系，而未考考虑局部阻力的的情况下，定定性画出的全全压分布曲线线图。若以各各点的全压减减去该点的动压压，便可得出出静压分布曲曲线。从图8-3和图8-4可以看出空气气在风管内的流动动规律为：风机的压头等等于风机进、、出口的全压压差，或者说说等于该风机机所负担的风风管系统沿程程阻力损失和和局部阻力损损失之和。风机吸入段的的全压和静压压均为负值，，在风机入口口处负压值最最大；风机压压出段的全压压和静压一般般情况下均为为正值，在风风机出口处正正压值最大。。因此，风机机与风管的连连接必须注意意严密性，否否则，会有空空气漏入或逸逸出系统，以以致影响系统统的风量分配配。在风机的压出出段，如果动动压值大于全全压值时，则则该处的静压压会出现负值值。若在该断断面开孔，便便会吸入空气气而不是压出出空气（诱导导式空调系统统就是利用这这一原理而工工作的）。因因此，必须正正确选择送风风管道中的气气流速度，以以免影响支风风管的空气流流量。设计时应注注意各并联联支路的阻阻力平衡。。如果设计计时各支管管阻力不相相等，在实实际运行时时，各支管管会按其阻阻力特征自自动趋于平平衡，同时时也会改变变预定的风风量分配值值。流动规律8.5空调系统风风管内的空空气流速风管内风速速的大小关关系到系统统的造价、、运行能耗耗与费用、、噪声的控控制等。风速大大，则风管管断面小，，占用建筑筑空间小，，风管系统统的初投资资少，但噪声大，，流动阻力力，输送能能耗高，运运行费用大大；风速小小，则上述述优缺点刚好相反反。1、空调系统统风管内风风速及部分分部件的迎迎风面风速速表8-5通风、空调调系统风管管内及通过过部分部件件时的迎风风面风速（（m/s）2、暖通空调调部件的设设计风速表8-6暖通空调部部件的设计计风速（m/s）3、对消声有有严格要求求的空调系系统，风管管和出风口口的最大允允许风速对对消声有严严格要求的的空调系统统，风管和和出风口的的最大允许许风速如表表8-7所示。表8-7不同噪声标标准的风管管内允许流流速注：1、百叶风口口叶片间的的气流速度度增加10%，噪声的声声功率级将将增加2dB；若流速增增加一倍，，噪声的声声功率级将将增加16dB；2、对于出口口处无障碍碍物的敞开开风口，表表中的出口口风速可提提高1.5~2倍。4、高速送风风系统中风风管的最大大允许风速速高速送风系系统中风管管的最大允允许风速如如表8-8所示。推荐荐了高速风风管的允许风速，表表中的风速速在管内的的比摩阻不不超过5.7Pa/m。高速风管管中全压、、静压都很高高，从而加加剧了漏风风现象。因因此，宜采采用强度高高和密封性性能好的螺旋风管管。表8-8高速送风系系统中风管管的最大允允许风速8.6风管系统的的安装通风管道的的配件是指指风管系统统上各种异异型连接件件（如弯头头、三通、、四通、变径管管、天圆地地方等）、、各种风量量调节阀（（如蝶阀、、多叶调节节阀、矩形三通调调节阀、菱菱形风阀和和定风量阀阀等）和风风管测定孔孔、检查孔孔等。风管附件的的功能为：：（1）弯头用来来改变空气气的流动方方向，使气气流转90°弯或其他角角度；（2）三通和四四通用于风风管的分叉叉和汇合，，即气流的的分流与合合流；（3）变径管用用来连接断断面尺寸不不同的风管管；（4）天圆地方方是用来连连接圆形与与矩形（或或方形）两两个不同断断面的部件件；（5）来回弯管管用来改变变风管的升升降、躲让让或绕过建建筑物的梁梁、柱及其其他管道的的部件；（6）风量调节节阀和定风风量阀用来来控制送、、回、排风风量及用来来平衡风管管系统的流流动阻力；；（7）风管检查查孔主要用用来检查风风管内的电电加热器、、中效过滤滤器等；（8）风管测定定孔主要用用于通风与与空调系统统的调试和和测定风管管内风量、、风压和空空气温度用用。8.6.1通风管道的的配件1、风量调节节阀及附件件从出厂到到安装前，，在运输途途中受到运运输工具所所激发的随机振动和和装卸时受受到各种冲冲击，及在在运输储存存过程中，，环境的温温度、湿度等变化化，这些都都可能造成成调节阀及及附件的性性能发生变变化。因此此，有必要在安装装前进行部部分性能的的检验。调节阀安装装前的检验验主要包括括下列内容：外观观、静态特特性、泄漏漏量、空载载全行程时时间、耐压压强度、绝绝缘性能、气密性性和密封性性等，其中中前五项为为电动调节节阀必检项项目。2、调节阀的的安装，必必须确保安安全性，确确保使用性性能，易于于操作和维维护，节约安安装费用。。调节阀自自带法兰，，和风管直直接法兰连连接，电动动风量调节阀要保保证接线盒盒处有足够够空间接线线，手动和和电动的都都要保证手手柄正常转动，同